【科普】从拍照到“思考”，遥感卫星以智破局

从拍照到“思考”，遥感卫星以智破局

近日，国内外多颗智能遥感卫星成功发射，积极投身广阔应用市场，引发业内人士关注。那么，遥感卫星智能化是什么意思？理论上有哪些好处？又会给开拓市场、服务大众带来哪些利好呢？

卫星“长脑子”，甩掉焦虑

遥感卫星为什么要智能化？这就要从它的传统工作流程谈起。

遥感就是远距离探测感知。传统遥感卫星的主要任务是启动光学相机、雷达等，为地球表面目标拍照，并将数据存储在硬盘中。卫星掠过地面站上空时，及时将数据传送下去，由地面站接管后续处理、分析等工作。过去，从卫星拍照到客户拿到图像，至少要耗费数小时。

智能遥感卫星与地面站等协同工作示意图

技术进步有时候也会带来烦恼。随着遥感卫星拍照越来越高清，扫描地球表面的本领越来越强，连续扫描数千公里不在话下，导致未压缩的原始数据量大得惊人，单张图片可能达到4TB以上。问题来了，遥感卫星向地面站传送数据的带宽远远不够用，迫使超过90%的数据被忍痛放弃。

如今，用户越来越渴望尽快获取高清卫星遥感图像。特别是一些专业领域客户需要持续监视、跟踪特定的陆海区域，对高清卫星遥感图像的时效性提出了极高的要求。这就使传统遥感卫星的拍摄、传输数据、地面处理流程面临越来越大的压力。借助专用中继卫星、激光通信等，遥感卫星及地面站的工作效率有望提高，但治本之策还是加速遥感卫星智能化。

如何让卫星“开智”？主要手段是提升遥感卫星的算力。

借助先进处理器和人工智能技术，智能遥感卫星先在太空中处理、筛选图像，甚至精准地截取关键目标附近的“小图”，或者仅向地面传输某些必要信息。这样一来，天地通信带宽的负担明显减轻，地面站也可以有效控制处理数据的规模并提高效率，针对用户需求，扩展卫星遥感图像的服务范围，改善工作效益。

理论上，随着遥感卫星智能化水平越来越高，从卫星拍照到客户获得图像的流程耗时有望由数天、数小时压缩到数分钟，显著提高对特定任务的响应效率。

此外，由于多样化用户的需求不同，传统工作模式下，需要由地面站统一调度各遥感卫星工作，针对性发布不同的指令。这不仅会大量占用带宽，拖累工作效率，还会增加成本。特别是面对大量遥感卫星组网的星座，地面发布指令、调动卫星涉及相当复杂的计算和操作，还有可能受到卫星轨位和拍摄角度等限制。

智能遥感卫星处置类似任务就没那么麻烦了。不断升级的云服务中心可以根据每颗卫星的状态、轨位、角度等进行初步规划，将任务需求精准地发送给那些有潜力担当重任的卫星。接下来，各卫星自行规划工作方案，并将情况反馈给云服务中心，最终选定具体执行任务的卫星，根据客户要求进行拍照、处理信息。借助激光星间链路等高速通信技术，不同卫星的人工智能工作能力可以“汇集整合”，优化资源调配，齐心协力完成核心任务。

算力算法解锁新技能

自20世纪90年代起，智能遥感卫星逐渐成为国际航天科研的热门领域，涉及技术能力包括星载处理器在轨判读遥感图像、自主规划验证机动轨迹、自主监控卫星运行状态并诊断异常等。相关技术最早应用在庞大、昂贵的海洋侦察卫星上，后来随着技术成熟和成本下降，加速普及到商业遥感卫星领域。不过，智能遥感卫星真正迈进大众应用领域，还要得益于近年来蓬勃发展的人工智能热潮。

智能遥感卫星可以精准选取“拍照”最佳范围

智能遥感卫星不再是纯粹的“成像工具”，已经升级为在轨数据分析和处理工具。具体来说，它的底气来自算力和算法，也成为加速推广应用的主要瓶颈。

为支持自主规划任务、处理拍摄数据等，卫星们有必要携带算力强大的处理器上天。值得注意的是，相比海洋侦察卫星，智能遥感卫星的尺寸规模和载荷能力普遍更低，对星载处理器的尺寸、质量、功耗、抗辐照能力、性价比等都提出了更高的要求。

而且，为了高效应对复杂情况，星载处理器必须做到在轨重复编程，也就是支持智能遥感卫星根据实际需求来优化功能、性能，避免因任务调整而过于频繁地发射卫星。

在算法方面，智能遥感卫星也面临一些挑战。

比如，智能遥感卫星需要利用算法识别并“剥离”图片上厚厚的云层、烟雾干扰，以便减少传输数据量，尽量减轻天地通信和地面站后续工作的负担，也可以缓解在轨计算的压力。因此，卫星需要更精准地识别出拍摄的目标类型和特征，图像识别算法必须深度优化。

再比如，智能遥感卫星面对的目标类型往往比海洋侦察卫星更加多样化、更复杂，所以需要引入一些新方法，提升从复杂背景中识别目标的效率。同时，智能遥感卫星的能源供应和算力基础受限制更大，要求算法尽可能高效巧妙，减少图像处理运算量。

更进一步，智能遥感卫星不应该完全依赖地面指令行动，有必要自主规划任务，尝试优化扫描、拍照范围，以便为后续处理工作减轻负担。近年来，人工智能大模型被引入遥感卫星运营方案，从任务规划、在轨拍照到数据处理、高效决策都受益匪浅。

脱颖而出赢得未来

如今，用户对航天遥感影像的需求“水涨船高”，特别是对时效性和精准性的要求越来越严苛，导致传统遥感卫星的市场竞争力逐渐下降，应用市场面临相当惨烈的“红海搏杀”。

为了在同质化竞争对手中脱颖而出，遥感卫星提供的图像产品有必要做到即时化、网络化、个性化、多样化等。这些也是遥感卫星智能化的重要驱动力。

未来太空算力星座有望与智能遥感卫星携手发展

智能遥感卫星的数据处理、图像反馈速度明显加快，对地面站的依赖程度显著减轻，无疑能在应急任务中“大展身手”。例如，在地震、洪水等灾害救援任务中，智能遥感卫星从过境到提供关键高清图像的流程耗时可以缩短到数十分钟，支持救援人员及时评估灾区受损情况、交通物流状态等，优化调整救援方案。

由于星载算力大幅增强、天地通信带宽压力减轻，智能遥感卫星的拍摄任务有望转变为“订阅制”。根据客户指示或新闻热点，卫星自主跟踪重要区域，识别关键目标特征，拍摄、处理更有市场竞争力的高清图像。

这种能力促使智能遥感卫星在军民两用领域更受青睐。一方面，它可以发挥算力优势，更方便融合不同信号或不同谱段的数据，助力调研大范围物流、资源分布、工农业生产、城乡发展等情况，还能深度参与边境、海事监管业务。

另一方面，通过更快地提供特定的高清图像，有利于武装力量加速打击目标、评估战果和战场形势。事实上，军用侦察卫星也在加速进化为智能遥感卫星，综合使用电磁信号侦听、光学拍摄、合成孔径雷达测绘等多种情报收集手段，快速传递信息，支持战术部队行动。

值得一提的是，智能遥感卫星将与热门的太空算力项目相辅相成、携手发展。未来，智能遥感卫星或许不必安装沉重且昂贵的算力模块，能更专注于自主高清成像，并借助激光星间链路，将大量数据转交给算力星座处理，从而大幅提高智能遥感卫星的任务灵活性，紧盯高价值热点地区。

来源：中国航天报